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鄭州中天建筑節(jié)能有限公司
消能器 阻尼器 減震器的分類描述
消能器又稱阻尼器，是一種建筑工程用減震裝置。依據(jù)其自身功能可分為兩類：速度有關(guān)型和位移有關(guān)型。速度有關(guān)型分為：液體黏滯消能器與黏彈性黏滯消能器；位移有關(guān)型分為：摩擦型消能器與金屬變形消能器。隨著研究深入和大量工程應(yīng)用推廣，消能減震技術(shù)得到了較快發(fā)展，相應(yīng)的適應(yīng)于消能減震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析理論和設(shè)計方法也得到了完善，并逐步進(jìn)入有關(guān)的設(shè)計指南、規(guī)程和規(guī)范中。
消能器又稱為阻尼器，其核心在于耗散能量，根據(jù)消能器工作原理的不同，主要有摩擦消能器、金屬屈服型消能器、粘彈性消能器和粘滯型消能器。調(diào)頻質(zhì)量和調(diào)頻液體等通過改變結(jié)構(gòu)頻率吸收能量的裝置也是一種消能器。此外,利用電/磁流變液體、壓電材料和電/磁致伸縮材料等智能材料可制成主動控制和半主動控制的變阻尼裝置。
減震優(yōu)越性
消能減震構(gòu)造系統(tǒng)與傳統(tǒng)構(gòu)造系統(tǒng)對比，具有如下優(yōu)越性：
（1）安全性
傳統(tǒng)抗震構(gòu)造系統(tǒng)實質(zhì)上是將主體構(gòu)造（梁、柱、墻）作為消能構(gòu)件。依照傳統(tǒng)抗震規(guī)劃辦法，容許構(gòu)造構(gòu)件在地震中呈現(xiàn)不一樣程度的損壞。因為地震的不行猜測性，構(gòu)造在地震中的損壞程度難以操控，特別是呈現(xiàn)超越設(shè)防烈度的強震時，構(gòu)造就更難以保證安全。
消能構(gòu)造因為設(shè)有非承重消能構(gòu)件，他們具有較大的耗能才能，在強震中首先耗能，耗費輸入構(gòu)造的地震能量，衰減構(gòu)造的地震反響，維護(hù)主體構(gòu)造免遭損壞，然后保證構(gòu)造在強震中的安全性。
國內(nèi)外耗能減震構(gòu)造的振蕩臺實驗標(biāo)明，消能減震構(gòu)造與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造對比，地震反響削減40~60%。
（2）經(jīng)濟(jì)性
傳統(tǒng)抗震構(gòu)造系統(tǒng)采用“硬抗”地震的辦法，通過加強構(gòu)造、加大構(gòu)件斷面，加大配筋等路徑進(jìn)步構(gòu)造的抗震功能，使構(gòu)造的造價明顯進(jìn)步。
消能減震構(gòu)造系統(tǒng)是通過“柔性耗能”來削減構(gòu)造的地震反響，能夠減小構(gòu)件截面、削減構(gòu)件配筋，而其抗震功能反而進(jìn)步了。工程經(jīng)歷標(biāo)明，消能減震構(gòu)造系統(tǒng)與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造系統(tǒng)對比，可節(jié)約造價5%~10%。若用于已有構(gòu)造的改造加固，可節(jié)約造價愈加可觀。 [1]
應(yīng)用背景
金屬消能器是消能器的一種常見類型，利用金屬屈曲吸收地震能量，由于其性能穩(wěn)定、成本較低且加工方便的優(yōu)點，近年來在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。
目前廣泛采用的金屬消能器主要有拉壓型、彎曲型和剪切型消能器。其中，剪切型消能器剛度大，控制側(cè)移方便，但其容易發(fā)生面外鼓曲，造成滯回環(huán)捏縮，無法實現(xiàn)全截面屈服，且邊角處存在明顯的應(yīng)力集中，容易提前出現(xiàn)裂縫，大大削弱了消能器的疲勞壽命，影響消能器正常工作。此外，此消能器的耗能部件與固定部件主要采用焊接的方式，存在殘余應(yīng)力，而局部殘余應(yīng)力可能已使材料屈服，因而顯著影響著消能器的減震效果。
為了解決這種問題，工程界提出了三種解決方法：
1.焊接加勁肋，該方法存在殘余應(yīng)力和變形；
2.開縫，該方法會切斷拉力場，從而削弱剛度；
3.另設(shè)裝置約束面外變形，該方法構(gòu)造復(fù)雜。 [2]
性能檢驗
對黏滯流體消能器，由第三方進(jìn)行抽樣檢驗，其數(shù)量為同一工程同一類型同一規(guī)格數(shù)量的20%，但不少于2個，檢測合格率為100%，檢測后的消能器可用于主體結(jié)構(gòu)；對其他類型消能器，抽檢數(shù)量為同一類型同一規(guī)格數(shù)量的3%，當(dāng)同一類型同一規(guī)格的消能器數(shù)量較少時，可以在同一類型消能器中抽檢總數(shù)量的3%，但不應(yīng)少于2個，檢測合格率為100%，檢測后的消能器不能用于主體結(jié)構(gòu)。
對速度相關(guān)型消能器，在消能器設(shè)計位移和設(shè)計速度幅值下，以結(jié)構(gòu)基本頻率往復(fù)循環(huán)30圈后，消能器的主要設(shè)計指標(biāo)誤差和衰減量不應(yīng)超過15%；對位移相關(guān)型消能器，在消能器設(shè)計位移幅值下往復(fù)循環(huán)30圈后，消能器的主要設(shè)計指標(biāo)誤差和衰減量不應(yīng)超過15%，且不應(yīng)有明顯的低周疲勞現(xiàn)象。 [3]
布置方法
根據(jù)不同類型消能減震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng),當(dāng)消能器最大出力相同、消能器總出力接近時,減震效果由高到低,對應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式依次為鋼框架、混凝土框架、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和框架核心筒結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)中摩擦消能器和非線性粘滯消能器減震效果優(yōu)于金屬消能器和線性粘滯消能器,其中摩擦消能器更有利于控制變形,非線性粘滯消能器更有利于控制地震力和構(gòu)件內(nèi)力；而在框架剪力墻和框架核心筒結(jié)構(gòu)中安裝粘滯消能器后,框架柱負(fù)擔(dān)小，減震效果較好。
隨地震強度減小,在多遇地震下,非線性粘滯消能器和摩擦消能器的減震效果提升,線性粘滯消能器減震效果不變,金屬消能器不屈服耗能相當(dāng)于不屈曲的鋼支撐。由不同地震波和地震強度下消能減震結(jié)構(gòu)與原無消能結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)對比發(fā)現(xiàn),消能器發(fā)揮作用后,能夠有效減小不同地震波作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的離散性,縮小各樓層層間位移角和層剪力的差異,使結(jié)構(gòu)變形更加均勻。
多遇地震作用下消能減震結(jié)構(gòu)附加消能器計算及驗算表明,規(guī)范方法和自由振動衰減計算消能器附加阻尼比準(zhǔn)確性高。其中,自由振動衰減法操作簡單，物理概念明確,具有良好的工程實用價值。
使用逐層布置法布置消能器能夠獲得優(yōu)良的減震效果,使得結(jié)構(gòu)各樓層層間變形趨于均勻。隨消能器數(shù)量增加消能器減震效率降低,消能器超過一定數(shù)量后，增加消能器減震效果低下。 [4]
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